Вещественный состав и направления использования твердых полезных ископаемых. Учебное пособие

кристаллов оливина. Цвет зеленый с желтоватым оттенком, совершенно прозрачен; в частично серпентинизированных оливиновых породах (дунитах) приобретает зеленый оттенок благодаря серпентину. Блеск стеклянный, жирный, твердость – 6,5–7,0, плотность – 3,3–3,5 г/см3.

Происхождение магматическое – основной породообразующий минерал дунитов и перидотитов. Минерал довольно редкий.

Гранаты образуют большую группу минералов кубической сингонии; самой распространенной формой кристаллов является ромбододекаэдр. Часто встречаются в виде сплошных зернистых масс. Цвет гранатов варьирует весьма широко. Наиболее характерные цвета различных гранатов следующие: пироп – темно-красный, розовато-красный; альмандин – красный, буро-красный; спессартин – оранжево-желтый, бурый; гроссуляр – медово-желтый, бледно-зеленый; андрадит – бу- ро-красный, черный; демантоид – прозрачная зеленая разновидность андрадита; уваровит – изумрудно-зеленый; шорломит – черный, буровато-черный.

Блеск граната стеклянный, иногда близкий к алмазному (андрадит) или шорломит. Твердость – 7,5–8,0, плотность – 3,5–4,2 г/см3. Распространены гранаты преимущественно в породах контактово-метасоматического происхождения, где в виде сплошных масс (гроссуляр и андрадит) входят в состав скарнов. Как новообразования гранаты широко распространены в кристаллических сланцах: слюдяных, хлоритовых, тальковых, амфиболовых и т.д. Уваровит наблюдается в виде мелких хорошо образованных кристаллов в ассоциации с хромшпинелидами и хромовыми хлоритами в пустотах на месторождениях хромистых железняков. Пироп наблюдается в алмазоносных россыпях и кимберлитах.

При выветривании гранаты как химически стойкие минералы переходят в россыпи, однако железистые и марганцовистые гранаты при интенсивных процессах выветривания разлагаются, образуя соответственно бурые железняки в виде «железных шляп» или гидроксиды марганца.

Циркон встречается в виде короткостолбчатых изометрических, реже дипирамидальных кристаллов. Прозрачная бу- ровато-оранжевая разновидность циркона носит название ги-

81

ацинта, а темно-бурая – малакона. Блеск алмазный, твердость 7–8, плотность 4,68–4,70 г/см3. Встречается в виде редковкрапленных кристаллов в магматических интрузивных породах, нефелиновых сиенитах, гранитах, диоритах, гнейсах, а чаще всего в более крупных кристаллах – пегматитах сиенитового и гранитового состава. Как механически стойкий минерал циркон накапливается в россыпях.

Бирюза CuAl6[PO4]4(OH)2×4H2 обычно распространена в виде скрытокристаллических масс почковидной формы или в виде корок, прожилков и неправильной формы скоплений. Цвет ее голубой, светло-синий, сине-зелёный, зелёный, часто

сбурыми пятнами. Разновидности: кокбирюза – травянистозеленая, яблочно-зеленая; бирюзовая матка – вмещающая порода, пронизанная сложной сетью голубых и зеленых прожилков, придающих камню ячеистое или сетчатое строение. Блеск бирюзы восковой, твердость 5–6, излом слегка раковистый. Лучшие по окраске разновидности идут на ювелирные изделия, худшие – на декоративно-художественные.

Поделочные камни. Агаты, или ониксы, представляют собой камни часто с тончайшими различно окрашенными концентри- чески-зональными или плоскопараллельными слоями халцедона. Они могут иметь самые различные сочетания оттенков: черного с белым (оникс), бурого с белым (сардоникс), красного

сбелым (оникс сердоликовый), серого с белым (халцедоникс). Блеск агата восковой, твердость – 6,5–7,0, излом неровный.

Агаты в виде миндалин, прожилков и неправильной формы выделений распространены в эффузивных горных породах, а также в россыпях. Применяются в ювелирных и художествен- но-декоративных изделиях.

Лазурит, или ляпис-лазурь, Na6Ca2[AlSiO4]6(SO4,S)2. Сингония кубическая, обычно он встречается в сплошных плотных массах. Цвет лазорево-синий или голубой различных оттенков с белыми и серыми пятнами и прожилками, имеются разновидности темно-синего цвета с золотистыми включениями пирита (памирская ляпис-лазурь). При прокаливании некоторые разновидности приобретают более интенсивную окраску. Блеск матовый, твердость 5,0–5,5, излом неровный, просвечивает в пластинах толщиной 3,5 мм. Линзы и бесформенные скопления сплошных плотных масс лазурита встреча-

82

ются в метасоматически измененных известняках, мраморах и щелочных лавах.

Лунный камень (беломорит) – это кислый плагиоклаз NaAlSi3O8 (реже калиево-натриевый полевой шпат) белого или серовато-белого цвета, обладающий своеобразным нежно-си- неватым отливом, напоминающим лунный свет.

Строение кристаллическое, сингония триклинная. Блеск стеклянный и шелковистый, твердость – 6, излом неровный. Просвечивает в пластинах до 10 мм. Плагиоклазы присутствуют в подавляющем большинстве изверженных пород.

Амазонитом называется разновидность микроклина KAlSi3O8 зеленого и зеленовато-голубого цвета. Широко распространен в интрузивных кислых и щелочных породах, является также главным минералом в пегматитах, где образует кристаллы неправильной формы и обособления.

Лабрадор – среднего состава плагиоклаз с умеренным содержанием кальция. Цвет темно-серый, черно-серый, черный с ирризацией в синих, реже зеленых, желтых или красных тонах. Твердость – 5,5–6,0. Не просвечивает. Хорошо полируется и широко используется как для художественно-декора- тивных изделий, так и для облицовки зданий. Наиболее ценен так называемый спектролит, в котором отмечается полный спектр ирризационных окрасок.

Нефрит представляет собой плотные, скрытокристаллические разности амфиболов – актинолита или тремолита, необычайно вязкие с занозистым изломом массы светлой окраски. Цвет зеленый самых различных оттенков, встречаются также разновидности молочно-белого, голубого, желтоватого и черного цвета. В природе существуют тремолитовые и актинолитовые разновидности нефрита. Блеск нефрита жирный, твердость 5,0–5,6. В природе нефрит встречается в линзах неправильной формы, обособленных в гидротермально измененных метаморфизованных ультраосновных породах, а также в виде валунов и гальки в россыпях.

Нефрит прекрасно поддается обработке резанием, шлифовке, полировке. Применяется для декоративно-художествен- ных изделий.

Орлец – русское название минерала родонита. Образует залежи в метаморфизованных осадочных марганцевых породах.

83

Применяется для декоративно-художественных изделий, а также в ювелирном деле и в строительстве.

Обсидиан – вулканическая стекловатая горная порода, имеющая характерный стеклянный блеск, раковистый излом и преимущественно черный цвет. Строение скрытокристаллическое. Образует потоки, покровы, купола. Цвет черный, бурый, иногда с серебристым отливом, реже зеленый; при сочетании двух цветов рисунок сложный, петельчатый, полосчатый. Твердость – 5–6, блеск стеклянный, просвечивает в пластинах толщиной 2–3 мм. Применяется для декоративнохудожественных поделок.

Халцедон – скрытокристаллическая разновидность кварца, обладающая микроволокнистым строением, различного цвета: серый – халцедон, молочно-белый – кахалонг, голубой – сапфирин, красный – сердолик, бурый – карнеол, зеленый – плазма, яблочно-зеленый – хризопраз, зеленый с красными пятнами – гелиотроп, с дендритами хлорита и окислов железа – моховой агат. Блеск восковой, твердость – 6,5–7,0. Вязкий, просвечивает в пластинах толщиной 10–20 мм. Так же, как и агат, халцедон образует миндалины, прожилки, неправильной формы вкрапления в пустотах и трещинах эффузивных пород, но чаще встречается в виде гальки.

Яшма – кремнистая горная порода, нередко пестрая или полосчатая, сложенная в основном кристаллическим халцедоном, окрашенная в различные цвета. Твердость – 6–7, блеск матовый, излом неровный, хрупкая, не просвечивает. Благодаря исключительным декоративным свойствам яшма находит широкое применение в производстве художественно-де- коративных изделий и как красивый прочный облицовочный материал в строительстве. Образует залежи значительных размеров.

Кварцит – к поделочным самоцветам относятся разновидности однотонные, красно-бурые, иногда полосчатые (шокшинский), красные, бурые, желтые, розовые, белые, зеленые, неравномерно окрашенные, часто с точечными включениями других минералов (белорецкий); коричневые, бурые, желтые с включениями мельчайших чешуек слюды или пленок гидроксидов железа, придающих поверхности камня искристость. Кварцит просвечивает в пластинах толщиной от 3 до 20 мм.

84

Благородный змеевик (серпентин) – одна из разновидностей серпентина. Цвет зеленый, различных оттенков. Блеск матовый, твердость – 2,5–3,0, просвечивает в пластинах толщиной 3–4 мм. Применяется для художественно-декоратив- ных поделок.

Офиокальцит – серпентиновый мрамор, возникающий в результате гидратизации форстерита или других разновидностей магнезиального оливина в контактово-метаморфизован- ных карбонатных породах. Строение кристаллическое, средне- и мелкозернистое, цвет ярко-зеленый, оливково-зеленый, желто-зеленый, окраска однотонная, пятнистая, полосчатая, иногда с дендритами окислов железа. Блеск матовый, применяется для декоративно-художественных поделок.

Лиственит – кварц-карбонатная неравномерно окрашенная порода зеленого цвета с белыми и серыми прожилками, с примесями пирита, гематита и т.д., образующаяся в результате гидротермального изменения ультраосновных пород и серпентинитов. Строение кристаллическое, средне- и мелкозернистое. Блеск матовый. Применяется для художественно-деко- ративных изделий.

Оникс мраморный – так называются разновидности арагонита, имеющие белую, светло- и темно-желтую, розоватую окраску, однотонные или пятнистые, встречающиеся в виде пластов, линз, натечных образований. Строение тонкокристаллическое. Твердость – 3–4, блеск стеклянный, восковой, полупросвечивает или просвечивает. Применяется для худо- жественно-декоративных изделий.

Малахит – самый распространенный минерал зоны окисления медных сульфидных месторождений, встречается в виде гнезд, корок, масс натечной формы с радиально-волокнистым строением; для крупных почковидных образований характерно концентрически-зональное строение, особенно эффектно проявляющееся на полированных образцах. Применяется в ювелирном деле и для декоративно-художественных изделий.

Янтарь – представляет собой измененную смолу деревьев неоген-палеогенового возраста, которая в условиях песчанистых прибрежных осадков сохранила свою чистоту, прозрачность, яркую желтую и желтовато-бурую окраску и приобрела свойства твердого, хорошо полируемого и обрабатываемого на

85

станках минерала. Благодаря природным качествам янтарь широко применяется в производстве украшений и художественных изделий.

Гагат – смолистый уголь – является прекрасным поделочным материалом, который издавна широко применялся для изготовления бус, четок, браслетов, ожерелий, брошек и других мелких изделий. Отполированные изделия очень красивы. Большие глыбы гагата можно распиливать на плиты для облицовок.

5.2.Химическое и агрономическое сырье

Вэтот класс полезных ископаемых включены минералы

игорные породы, являющиеся сырьем для химической промышленности (в том числе для производства минеральных удобрений), а также применяющиеся в агротехнике. В связи

свозможностью многопланового использования одного и того же минерального сырья (например, фосфатного сырья – производство фосфорных удобрений в химической промышленности, фосфоритовая мука в агротехнике) представители этого полезного ископаемого рассматриваются без строгого разделения на виды.

5.2.1. Минеральные соли

Под этим общим названием в промышленности широко используется группа минералов – хлоридов и сульфатов, обладающих способностью легко растворяться в воде и имеющих соленый или горько-соленый вкус. Важнейшими солями являются галит, сильвин, карналлит, каинит, лангбейнит, полигалит, тенардит и мирабилит.

Галит NaCl (каменная, или поваренная, соль) содержит 39,4 % Na и 60,6 % Сl. Чистый галит обладает совершенной спайностью по кубу, стеклянным блеском, твердость его по шкале Мооса равна 2, он хрупок, бесцветен (прозрачен) или молочно-белого цвета. Примеси окрашивают галит в различные цвета и оттенки: серый, розовый, желтоватый. Голубая, синяя и фиолетовая окраски свойственны галиту при нахождении его совместно с калийными солями. Минеральными примесями, входящими в состав пород, содержащих поварен-

86

ную соль, являются тонкодисперсные глинистые частицы, частицы органического происхождения, гипс, ангидрид, астраханит, бишофит, каинит, карналлит, нередко полигалит и т.д. При растворении NaCl в воде происходит значительное поглощение тепла. Обладает антисептическими свойствами.

Сильвин KCl (K – 52,4 % и Cl – 47,6 %) по кристаллографическим свойствам и форме нахождения в природе очень сходен с галитом; вкус горьковато-соленый. Легко растворим в воде, с повышением температуры растворимость значительно повышается – этим сильвин резко отличается от галита. Породы, состоящие из сильвина и галита, носят название сильвинитов. Они чаще всего содержат KCl – 20–40 %, NaCl – 58–78 %, а также в небольшом количестве MgCl2, CaSO4 и другие примеси.

Карналлит KCl×MgCl2×6H2O (KCl – 26,7 %, MgCl2 – 34,5 % и Н2О – 38,8 %). В чистом виде бесцветен и водяно-прозрачен, кристаллизуется в ромбической сингонии и образует главным образом крупнозернистые агрегаты. Часто окрашен в различные оттенки мясо-красного, бурого, оранжево-желтого цвета. Весьма гигроскопичен, на воздухе легко расплывается. Вкус горько-жгуче-соленый.

Каинит KCl×MgSO4×3H2O (K – 15,7 %, Mg – 9,8 %, Cl – 14,2 %, SО4 – 38,6 %, H2О – 21,7 %). Встречается в плотных мелкозернистых массах кристаллов моноклинной сингонии в тесном парагенезисе с галитом и другими минералами, преимущественно сульфидами. Окраска светло-желтая и медовожелтая. Вкус слабосолено-горький.

Лангбейнит K2SO4×2MgSO4 (K – 18,8 %, Mg – 11,7 %, SO4 – 69,5 %) образует плотные, крупно- и грубозернистые массы кристаллов кубической сингонии; окрашен в слабый розовый, розовато-фиолетовый, светло-серый и серовато-белый цвет. В холодной воде растворяется труднее, чем галит, сильвин и карналлит. Вкус солоноватый.

Полигалит Ca2MgK[SO4]4×2H2O (K – 13 %, Mg – 4,2 %, Са – 13,3 %, SO4 – 63,7 %, Н2О – 5,8 %) – широко распространенный калийный минерал, встречается во всех сульфатных залежах калийных солей и нередко в залежах каменной соли. Образует плотные, очень тонкозернистые и крепкие сростки кристаллов триклинной сингонии. В воде растворяется с трудом, вкуса не имеет. Окрашен в разнообразные оттенки крас-

87

ного, красно-бурого, фиолетово-розового, оранжево-красного

ижелтого цвета; иногда встречаются серый, серовато-белый и

белый полигалиты.

Эпсомит Mg2SO4×7H2O (горькая соль) (MgO – 16,3 %, SO2 – 12,5 %, H2O – 51,2 %) образует белые (иногда бесцветные и прозрачные) псевдотетрагональные призматические и игольчатые кристаллы, плотные и землистые агрегаты, гроздевидные натеки, корочки, налеты и выцветы. Сингония ромбическая, цвет белый и бесцветный, твердость – 2,0–2,5, удельный вес – 1,68, вкус горький.

Тенардит Na2SO4 (Na – 43,7 %, SO4 – 56,3 %) образует крупнозернистые агрегаты кристаллов ромбической сингонии. Бесцветен, водяно-прозрачен или имеет сероватую окраску. На воздухе постепенно мутнеет и покрывается тончайшим на-

летом мирабилита.

Мирабилит (глауберова соль) N2SO4×10H2O (N – 19,2 %, SO4

– 24,8 %, Н2О – 56,0 %) образует зернистые и плотные агрегаты кристаллов моноклинной системы. Отдельные кристаллы бесцветные, большей частью мирабилитовые породы окрашены

вгрязно-серые и черновато-серые цвета с примесью в массе породы глинистого материала или органических веществ.

Галит является очень важным сырьем для химической промышленности и используется для производства соды, щелочи, хлора, соляной кислоты. Галит широко применяется в пищевой промышленности и в быту в качестве приправы к пище. Пищевая поваренная соль содержит NaCl не менее 98 %, имеет белый цвет; запах и заметные на глаз механические загрязнения отсутствуют. Галит широко применяется в холодильном деле, для засолки рыбы, мяса, овощей. В сельском хозяйстве употребляется непосредственно в пищу травоядных животных

идля заготовки кормов – силосование, засолка сена. Насчитывается несколько десятков производств, где используется соль

ипродукты ее переработки, в том числе и стекольное производство.

Калийные соли (как правило, сильвин KCl) применяются главным образом в агрохимической промышленности для производства калийных удобрений, в химической промышленности калийные соли используются для производства едкого калия (KOH), поташа (K2СО3), калиевой селитры, бертолетовой

88

соли, марганцево-кислого калия, цианистого калия, хромпика, бромистого и йодистого калия и ряда других веществ.

Из калийных солей также получают хлористый, углекислый, фосфорнокислый, уксуснокислый магний и другие соли; K–Mg-соли (карналлит), кроме того, являются исходным продуктом для получения окиси магния и металлического магния.

Тенардит, мирабилит и эпсомит применяются при изготовлении соды, стекла, в фармацевтике (слабительные препараты) и других отраслях промышленности.

5.2.2.Фосфатное сырье

Кэтому виду нерудного сырья относятся апатит-фосфори- ты, которые используются в химической промышленности для производства фосфора, его соединений, в том числе фосфорных (суперфосфат, двойной суперфосфат) и комплексных (нитроаммофоска, нитрофоска и т.д.) минеральных удобрений.

Фосфор – элемент V группы периодической системы, по-

рядковый номер – 15, атомная масса – 30,975, плотность – 1,83–2,30 г/см3, температура плавления – 44,1 °С (белый фосфор) и 590 °С (красный фосфор).

Всвободном состоянии фосфор в природе не встречается изза легкой окисляемости. Основным источником фосфорсодержащего сырья являются апатитовые и фосфоритовые руды.

Основным промышленным минералом, в котором концентрируется фосфор в апатитовых рудах, является апатит, широко распространенный в земной коре. Как акцессорный минерал он встречается во многих породах.

Вобщем виде состав апатита выражается формулой

Са5(РО4)3(F, Cl, ОН). В виде примесей в апатите присутствуют Sr, TR3+, Ba, Fe, Al, Na, СО3, из них стронций и редкоземельные элементы могут представлять практический интерес.

Промышленно значимые апатитовые месторождения подразделяются на апатит-нефелиновые, апатитовые и комплексные апатитсодержащие.

Основные запасы апатитовых руд РФ сосредоточены в апа- тит-нефелиновых месторождениях. Рудные зоны этих месторождений характеризуются значительной протяженностью по простиранию (2–4 км) и падению (1–2 км), большой отно-

89

сительной мощностью (100–200 м) рудных тел, их зональным строением, обусловленным различием текстуры руд, и содержанием в них Р2О5, меняющимся от 29 % (в богатых, пятнистых и пятнисто-полосчатых рудах) до 5 % (в бедных рудах).

Практический интерес могут представлять сопутствующие элементы: редкоземельные, стронций, фтор, тантал, ниобий.

Собственно апатитовые месторождения представлены массивами диоритов, сиенитов и других пород, содержащих рассеянные вкрапленности апатита. Содержание Р2О5 низкое, небольшие размеры обогащенных участков обусловливают небольшую промышленную ценность этих месторождений. Только при наличии больших запасов, благоприятных геогра- фо-экономических и горнотехнических условий этот тип месторождений может иметь промышленное значение.

Комплексные апатитсодержащие месторождения подразделяются на апатит-флогопитовые, апатит-магнетитовые и апа- тит-редкометалльные. Содержание апатита в рудах изменчивое и в среднем невысокое (около 10 %). Руды труднообогатимые, причем апатит является одним из извлекаемых компонентов.

Фосфорит представляет собой осадочную горную породу, содержащую апатитовую молекулу (часто фтор и гидроксиапатит), а также глинистые, карбонатные и другие минералы.

Месторождения фосфоритовых руд по условиям их образования делятся на два типа: осадочные и метаморфогенные; осадочные, в свою очередь, подразделяются на морские и континентальные, а метаморфогенные на – метаморфические и метаморфизованные. Основное промышленное значение имеют осадочные месторождения фосфоритовых руд, которые встречаются как на платформах, так и в геосинклинальных областях.

Для месторождений в геосинклинальных областях характерна линейно вытянутая пластовая форма рудных тел, крупные углы падения пластов, дизъюнктивные нарушения, значительная мощность как отдельных фосфоритных пластов, так и всего фосфоритного горизонта – иногда на многие десятки метров.

Платформенный тип месторождений характеризуется широким площадным распространением, горизонтальным или близким к нему залеганием слоев фосфоритов и их отно-

90